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?青科大王磊AEM：Fe, P-DAS@MPC實(shí)現(xiàn)高效ORR

由氮配位過渡金屬（TM-N-C）組成的單原子催化劑（SACs）在氧還原反應(yīng)（ORR）中具有優(yōu)異的性能，但涉及多個(gè)中間體的反應(yīng)，單原子位點(diǎn)無法優(yōu)化所有中間體的吸附。

基于此，青島科技大學(xué)王磊教授（通訊作者）等人報(bào)道了一種在多模態(tài)多孔碳（MPC）中構(gòu)建Fe, P雙原子位點(diǎn)（Fe, P-DAS@MPC）的策略，并證明了其可協(xié)同提高ORR性能。Fe, P-DAS@MPC表現(xiàn)出良好的ORR性能，其起始電位（E_onset=1.02 V）和半波電位（E_1/2=0.92 V）都為正。

此外，基于Fe, P-DAS@MPC的Zn-空氣電池具有230 mW cm^?2的峰值功率密度和超過500 h的恒流循環(huán)穩(wěn)定性。

通過DFT計(jì)算，作者研究了原子分布的Fe和P原子的反應(yīng)機(jī)理和協(xié)同催化作用。作者構(gòu)建了不同的Fe-P雙原子位點(diǎn)構(gòu)型，P原子與不同數(shù)量的N原子配位，優(yōu)化了Fe-P雙原子位點(diǎn)的代表性原子構(gòu)型的形成能。其中，能量上最有利的構(gòu)型包括FeN₃-PC₂N、FeN₃-PCN₂和FeN₃-PN₃雙原子位點(diǎn)。

此外，作者還構(gòu)建了具有單個(gè)核FeN₄位點(diǎn)的Fe SAs的原子構(gòu)型作為比較模型。P原子容易強(qiáng)烈吸附O原子，因此優(yōu)化了ORR中間體在O*預(yù)吸附的FeN₃-PC₂N、FeN₃-PCN₂和FeN₃-PN₃表面的吸附構(gòu)型。

鑒于P位點(diǎn)上O*的去除在能量上不利，假設(shè)Fe位點(diǎn)是ORR中間體（OOH*、O*和OH*）的潛在位點(diǎn)。當(dāng)O原子整合到P位時(shí)，ORR中間體通過第二配位球中的不同氫鍵網(wǎng)絡(luò)吸附在雙原子位點(diǎn)上。

需注意，在活性位點(diǎn)的支架中加入O原子，通過第二球氫鍵相互作用來增強(qiáng)催化反應(yīng)。優(yōu)化后的計(jì)算模型表明，在雙原子位點(diǎn)下，P位點(diǎn)和Fe位點(diǎn)之間存在適當(dāng)?shù)臍滏I基團(tuán)的協(xié)同催化作用。

Promoting Oxygen Reduction Reaction on Atomically Dispersed Fe Sites via Establishing Hydrogen Bonding with the Neighboring P Atoms. Adv. Energy Mater., 2022, DOI: 10.1002/aenm.202203611.

https://doi.org/10.1002/aenm.202203611.

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